船舶阻力第六章.ppt

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1、6.1 船型对阻力影响的基本概念船型对阻力影响的基本概念一、船型、航速与阻力性能之间的关系一、船型、航速与阻力性能之间的关系阻力性能优良船型是对某阻力性能优良船型是对某一定一定速度范围速度范围和和航行环境航行环境而而言的；言的；讨论船型对阻力的影响必须与设计船速度范围相联系讨论船型对阻力的影响必须与设计船速度范围相联系（未来将同时考虑航行环境未来将同时考虑航行环境）1、优良船型的含义、优良船型的含义2、船舶分类及其、船舶分类及其主要阻力成分（水面排水型船）主要阻力成分（水面排水型船）Rw很小很小,Rf与与Rpv 主要主要;所以要减小所以要减小Rf 和和Rpv,Rf S 减小减小S 船型肥短船型

2、肥短 易产生旋涡易产生旋涡去流段去流段低速船低速船 Fr 0.201 Rw成为主要成分成为主要成分,力求减小力求减小Rw。办法：办法：减小船首波系的波高减小船首波系的波高船体（前体）瘦长船体（前体）瘦长 高速船波浪长度大高速船波浪长度大首波在船尾难以实现有首波在船尾难以实现有 利干扰利干扰Rw随随V提高而增大提高而增大,既要减小既要减小Rw 又要考虑又要考虑Rf 和和Rpv,办法办法:选择有利船型参数选择有利船型参数 (兴波兴波)有利干扰有利干扰 船型趋于瘦削船型趋于瘦削 减小粘压减小粘压中速船中速船 0.20Fr 0.306.1 船型对阻力影响的基本概念船型对阻力影响的基本概念23、船体形状

3、、船体形状（1）横剖面面积曲线形状：）横剖面面积曲线形状：xc、Lp、首尾端形状首尾端形状 二、确定影响阻力的船型参数二、确定影响阻力的船型参数1、主尺度比：、主尺度比：L/B、B/T2、船形系数：、船形系数：6个参数个参数4个独立参数个独立参数6.1 船型对阻力影响的基本概念船型对阻力影响的基本概念3 船模系列试验：船模系列试验：对所研究的问题，选定母型船，并系对所研究的问题，选定母型船，并系统地变化影响船体阻力的船型参数，制成一系列船模，统地变化影响船体阻力的船型参数，制成一系列船模，在对应的装载情况下拖曳试验。在对应的装载情况下拖曳试验。（2）满载水线形状：）满载水线形状：面积、平行中段

4、长度、首尾端形状、半进角面积、平行中段长度、首尾端形状、半进角 （3）首尾形状：）首尾形状：首尾横剖面形状、纵剖面形状首尾横剖面形状、纵剖面形状 总阻力：总阻力：三、船型对阻力影响问题的研究方法三、船型对阻力影响问题的研究方法6.1 船型对阻力影响的基本概念船型对阻力影响的基本概念船型变换：船型变换：仿射变化仿射变化 改变线型特征改变线型特征4泰勒标准船模系列实验泰勒标准船模系列实验6.1 船型对阻力影响的基本概念船型对阻力影响的基本概念56.2 船体主尺度影响船体主尺度影响（1）对）对Rf的影响的影响1、由、由L变化，讨论变化，讨论 的影响的影响一、一、排水量长度系数排水量长度系数在参数在参

5、数Cm，Cp 和和B/d 不变情况下，不变情况下，Cs 近似为常数，近似为常数，因此可认为在排水量一定时，因此可认为在排水量一定时，因此增大船长因此增大船长(或减小或减小 )将使摩擦阻力增加，即将使摩擦阻力增加，即66.2 船体主尺度影响船体主尺度影响（2）对）对Rr的影响的影响1、由、由L变化，讨论变化，讨论 的影响的影响？7（3）对总阻力影响）对总阻力影响6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响低速船：低速船：摩擦阻力占总阻力的主要成分，可达总阻力的摩擦阻力占总阻力的主要成分，可达总阻力的70%以上。而以上。而Rr所占比例较小，因此当排水量一所占比例较小，因此当排水量一定时，尽可能定时，尽可能

6、船型肥短，对阻力船型肥短，对阻力-舱容舱容-造价均有利造价均有利8（3）对总阻力影响）对总阻力影响6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响高速船：高速船：剩余阻力占总阻力的比例较大，因此随着船长增大，剩余阻力占总阻力的比例较大，因此随着船长增大，即即 减小，总阻力的变化情况与低速船有所不同，减小，总阻力的变化情况与低速船有所不同，存在最佳船长存在最佳船长Lopt9（5）利用经验公式估算船长）利用经验公式估算船长l巴士久宁公式巴士久宁公式（4）船长选择须考虑因素：）船长选择须考虑因素：总布置、阻力、操纵性、耐波性、经济性总布置、阻力、操纵性、耐波性、经济性6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响适用于适

7、用于160042000t的各类民用船的各类民用船其中速度单位为其中速度单位为kn,排水体积单位为排水体积单位为m3 l艾亚公式艾亚公式其中其中排水量单位为排水量单位为吨吨 常数常数C的选取：的选取：C=23.5,当单桨船当单桨船Vs 11.0kn16.5kn C=24.0,当双桨船当双桨船Vs 15.5kn18.5kn C=26.0,Vs20kn适用于适用于Lbp=120140m的商船的商船102、由排水量变化，讨论由排水量变化，讨论/(0.01L)3 的影响的影响 L L一定，一定，变化变化 （讨论单位排水量阻力变化）（讨论单位排水量阻力变化）（1 1）对）对 RfRf 影响影响6.2 船体

8、主尺度影响船体主尺度影响（2）对）对 Rr 影响影响低速船：低速船：/(0.01L)3对对 RrRr/的影响不大的影响不大高速船：高速船：明显，明显，116.2 船体主尺度影响船体主尺度影响图图6-4 排水量长度系数对排水量长度系数对Rr/影响影响(a)Fr0.208；(b)Fr0.29812（1）低、中速船低、中速船/(0.01L)3取大些，取大些，随着随着V增加，降低增加，降低/(0.01L)3，船型肥短，船型肥短（2）高速船高速船/(0.01L)3比低速船小得多，船型瘦长比低速船小得多，船型瘦长（3）/(0.01L)3对对Rf与与Rr影响相反，存在影响相反，存在 Lopt （3）对总阻力

9、的影响）对总阻力的影响6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响低速船低速船可取大些可取大些高速船高速船可取小些可取小些3 3、不同船舶的、不同船舶的 /(0.01L)3选取选取13 二、二、B/T影响影响B/T=3.0附近，附近，S最小；最小；改变改变B/T对对S影响不敏感；影响不敏感；B/T对对Rf影响小影响小B大，散波波高增加；大，散波波高增加；T大，横波波高增加大，横波波高增加B/T较小的船横波影响显著。两者对兴波的影较小的船横波影响显著。两者对兴波的影响，反映在剩余阻力有相反影响作用。响，反映在剩余阻力有相反影响作用。6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响1、B/T 对对 Rf 的影响的影响

10、2、B/T 对对 Rr 的影响的影响14 3、对、对Rt的影响的影响 B/T 对对Rt有影响，有影响，但不大但不大.中低速船：中低速船：常用常用B/TB/T范围内，范围内，B/TB/T增加增加0.10.1，R Rt t增加增加0.50%0.75%0.50%0.75%高速船：高速船：增加的略多些增加的略多些(设计时常选用设计时常选用较大的较大的B/T)B/T)6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响15C Cp p 表征排水体积沿船长分布情况表征排水体积沿船长分布情况6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响 一、一、C Cp p的影响的影响Cp/L Am16(1)Cp 对对Rf 的影响的影响1

11、1、C Cp p对阻力的影响对阻力的影响6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响影响较大影响较大,与航速有关与航速有关、L不变，不变，Cp变变化对化对S影响很小，影响很小，对对Rf影响可忽略。影响可忽略。（2）Cp对对Rr的影响的影响17低速：低速：Fr0.2 Rw小小 Cp影响小影响小中速：中速：0.2Fr 0.3 0.3整个船体均产生整个船体均产生兴波兴波6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响排水量沿船长分布排水量沿船长分布均匀则有利缓和兴均匀则有利缓和兴波波过小则不利过小则不利,同时同时首波峰高压区后首波峰高压区后移移适当取大适当取大,水压水压力分量小则力分量小则RrRr反而小

12、。反而小。19 2、最佳棱形系数曲线、最佳棱形系数曲线阻力角度阻力角度理论最佳理论最佳C Cp p曲线曲线使用性、经济性使用性、经济性实际最佳实际最佳C Cp p曲线曲线低速船，低速船，C Cp p对阻力影响小，对阻力影响小，C Cp p大经济性好，阻力大经济性好，阻力增加小增加小6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响20 3、经验公式、经验公式二、船中横剖面系数的影响二、船中横剖面系数的影响6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响（1）楚思德公式：）楚思德公式：（2）贝克公式：）贝克公式：（3）直接利用设计资料）直接利用设计资料1、Cm对阻力影响对阻力影响 Cm对对Rf和和Rr影响

13、不大影响不大21 2、Cm选取选取 （取决于（取决于Cb）6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响中低速船中低速船：CmCm取大。取大。CbCb一定，一定，CmCm大大 Cp Cp小小 首尾尖首尾尖 RwRw小。小。高速船：高速船：CmCm随随CbCb减小而下降减小而下降 CbCb本身较小，本身较小，CmCm主要考虑型线光顺。主要考虑型线光顺。221 1、对阻力影响对阻力影响C Cb b对对R Rf f 影响比较小，影响比较小，对对R Rr r 影响大影响大（V Vs s大时尤显著）大时尤显著）C Cb b增加增加 R Rt t/增加增加 超过超过临界临界C Cbcbc时时 R Rt t/

14、迅速增加迅速增加三、三、Cb影响影响6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响运输船舶（低速）运输船舶（低速）经济性经济性 CbCb=CmCpCmCp Cp Cp；高速船高速船 减小兴波减小兴波 决定决定CpCp23 （1 1）由）由F Fr r确定临界确定临界C Cbcbc （服务航速）服务航速）（试航航速）试航航速）（2 2）根据）根据C Cp p、C Cm m和和C Cb b 三者关系确定三者关系确定 2、Cb 选取选取6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响24一、浮心纵向位置一、浮心纵向位置 Xc 的影响的影响 6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响X Xc c表

15、示船体前后体肥瘦程度表示船体前后体肥瘦程度 1 1、X Xc c对阻力的影响对阻力的影响 （对（对R Rf f影响小）影响小）25 2 2、不同船型的、不同船型的X Xc c选择选择低速船：低速船：主要问题主要问题R Rpvpv 去流段瘦长去流段瘦长 X Xc c在舯前在舯前中速船：中速船：R Rw w增加增加 首部不宜过肥首部不宜过肥 X Xc c适当移向船中适当移向船中高速船：高速船：C Cb b小，船型瘦削小，船型瘦削R Rpvpv 小小 R Rw w主要主要 首部尖瘦首部尖瘦X Xc c在船后在船后3 3、最佳浮心曲线、最佳浮心曲线X Xc c在最佳位置偏移在最佳位置偏移0.5%L0.

16、5%L，阻力增加不超过阻力增加不超过1%1%Fr 0.45Fr 0.45的高速船的高速船 X Xc c对阻力影响敏感，一般在舯后对阻力影响敏感，一般在舯后24%24%6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响26 4 4、X Xc c对推进效率影响对推进效率影响6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响XcXc略后移可增加伴流略后移可增加伴流 提高推进效率提高推进效率XcXc后移过多后移过多 产生不利影响产生不利影响 （特别是双桨船）（特别是双桨船）27二、平行中体长度和位置的影响二、平行中体长度和位置的影响1 1、平行中体对阻力影响、平行中体对阻力影响 一定，设平行中体一

17、定，设平行中体 首尾尖瘦首尾尖瘦 减小减小R Rw w、R Rpvpv有利有利 前肩、后肩前肩、后肩 肩波、旋涡肩波、旋涡不利不利中低速船：中低速船：设平行中体设平行中体 ，但不宜过长，对阻力有利，但不宜过长，对阻力有利6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响高速船：高速船：肩波、旋涡严重肩波、旋涡严重不设平行中体不设平行中体282 2、确定平行中体长度和位置、确定平行中体长度和位置6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响低速：低速：LpLp较长、位置偏舯前较长、位置偏舯前 速度增加：速度增加：LpLp缩短、位置后移缩短、位置后移注意：避免前肩波系与首波系发生不良干扰注

18、意：避免前肩波系与首波系发生不良干扰296.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响30低速船：两端宜为直线形低速船：两端宜为直线形中速船：首中速船：首 微凹、凹；尾微凹、凹；尾 直线、微凹直线、微凹高速船：直线或微凸高速船：直线或微凸依据：首端依据：首端不同速度时不同速度时R Rw w大小及波峰水压力分力大小大小及波峰水压力分力大小 尾端尾端减小粘压阻力减小粘压阻力三、横剖面面积曲线两端形状影响三、横剖面面积曲线两端形状影响6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响31贝克研究结论贝克研究结论：6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响32一、满载水线面面积一、满

19、载水线面面积6.5 满载水线形状的影响满载水线形状的影响V V大大 C Cwpwp小小 近似关系：近似关系：二、平行中段长度二、平行中段长度 约为约为 1.521.52倍倍L Lp p三、首尾端形状三、首尾端形状1 1、满载水线、满载水线首端首端形状对形状对R Rw w影响大影响大 低速船：凸低速船：凸 直线直线 （F Fr r=0.2=0.2）原因：减小后部水线坡度原因：减小后部水线坡度减小减小R Rpvpv 中速船：凹中速船：凹 减小波浪高压区沿水平方向分力，减小减小波浪高压区沿水平方向分力，减小R Rw w 高速船：直线甚至微凸高速船：直线甚至微凸 V V提高，波浪高压区后移，采用直线甚

20、至微凸有提高，波浪高压区后移，采用直线甚至微凸有利于减小水压力沿水平方向分力，减小利于减小水压力沿水平方向分力，减小R Rw w2 2、满载水线、满载水线尾端尾端形状形状 主要影响主要影响RpvRpv 通常采用直线形通常采用直线形33四、满载水线首端半进流角四、满载水线首端半进流角6.5 满载水线形状的影响满载水线形状的影响ie ie 随速度增加而减小；随速度增加而减小；低速：低速：4030 4030 高速：高速：4 11 4 11 346.5 满载水线形状的影响满载水线形状的影响35一、首尾横剖面形状一、首尾横剖面形状6.6 首尾形状影响首尾形状影响U U形特点：形特点：面积沿垂向分布比较面

21、积沿垂向分布比较均匀，满载水线处较窄均匀，满载水线处较窄与凹形水线相配合与凹形水线相配合V V形特点：形特点：面积集中在上部，面积集中在上部，满载水线处较宽与凸满载水线处较宽与凸或直线形水线相配合或直线形水线相配合1 1、横剖面形状的类型、横剖面形状的类型 U U、中、中U U、中、中V V、V V36 2 2、横剖面形状对阻力的影响及选择、横剖面形状对阻力的影响及选择（1 1）首部：）首部：低速：低速：V V形形 S S小小 R Rf f小小；V V形形水下部分瘦水下部分瘦沿纵剖线流动沿纵剖线流动减少舭部旋涡减少舭部旋涡中高速：中高速：U U形形首部满载水线尖瘦首部满载水线尖瘦减小减小R R

22、w w （避免采用极避免采用极U U形形舭部半径过小舭部半径过小旋涡）旋涡）（2 2）尾部）尾部 阻力阻力角度：角度：V V形形 S S面积略小面积略小 Rf Rf 略小略小；纵剖线平顺纵剖线平顺 不易发生分离不易发生分离 水线宽水线宽 便于双桨布置便于双桨布置推进推进角度：角度：U U形形 伴流均匀伴流均匀 螺旋桨效率高、船体振动小螺旋桨效率高、船体振动小6.6 首尾形状影响首尾形状影响37 二、船首尾柱形状二、船首尾柱形状1 1、首柱、首柱6.6 首尾形状影响首尾形状影响38 2 2、尾柱形式、尾柱形式6.6 首尾形状影响首尾形状影响39三、球鼻首对阻力的影响三、球鼻首对阻力的影响1、球鼻

23、首减阻机理球鼻首减阻机理（1）减小兴波阻力减小兴波阻力 Fr在0.270.34（中高速船）有利干扰有利干扰合成波高合成波高 下降下降（2）减小舭涡阻力减小舭涡阻力低速肥大型船使水流径向对称流动使水流径向对称流动减少首部舭涡减少首部舭涡（3）减小破波阻力减小破波阻力低速肥大型船艏部前伸、水线进角减少艏部前伸、水线进角减少 减小压载航行时破波阻力减小压载航行时破波阻力6.6 首尾形状影响首尾形状影响406.6 首尾形状影响首尾形状影响41 2 2、球鼻船首的形式、球鼻船首的形式（2 2）“S-V S-V”型球鼻型球鼻 应用：适用性广，应用：适用性广，高速、中低速，高速、中低速，满载和压载都起作用满

24、载和压载都起作用6.6 6.6 首尾形状影响首尾形状影响（1 1）水滴型球鼻）水滴型球鼻 应用：船型瘦、应用：船型瘦、航速高、航速高、出现最早、出现最早、应用较广应用较广42（3 3）撞角型球鼻首）撞角型球鼻首前端较尖，呈尖角状前端较尖，呈尖角状应用：低速肥大型船满载和压载时减阻效果良好应用：低速肥大型船满载和压载时减阻效果良好（4 4）其他）其他圆柱体型和椭球体型圆柱体型和椭球体型6.6 首尾形状影响首尾形状影响43 3 3、球鼻的几何参数、球鼻的几何参数6.6 首尾形状影响首尾形状影响（1）相对突出长度 l b/Lbp （2）相对浸深 h b/T（3）最大宽度比 bmax/B （4）球鼻面

25、积比 Afb/Am（5）相对排水体积比 /444 4、球鼻首几何参数的选择、球鼻首几何参数的选择6.6 首尾形状影响首尾形状影响（1 1）方法：）方法：根据母型船的船型特征和航速选择根据母型船的船型特征和航速选择 根据多方案模型试验结果进行选择和优化根据多方案模型试验结果进行选择和优化（2 2）选用球鼻首的）选用球鼻首的“界限速度界限速度”中速船：中速船：FrbFrb=0.644-0.641Cb=0.644-0.641Cb 低速肥大型船：低速肥大型船：FrbFrb=0.582-0.493Cb=0.582-0.493Cb（3 3）球鼻几何参数范围）球鼻几何参数范围45 2 2、球形尾、球形尾（1

26、 1）阻力）阻力 U U型型 球型球型5 5%VV型型7%7%舭涡严重舭涡严重明显减弱明显减弱基本无基本无6.6 首尾形状影响首尾形状影响船体尾部形状与船体尾部形状与阻力阻力粘压（舭涡）、摩擦粘压（舭涡）、摩擦推进推进伴流大小、均匀度伴流大小、均匀度 效率、空泡、激振效率、空泡、激振 等性能有关等性能有关（2 2）推进）推进 V V型：伴流不均匀，船身效型：伴流不均匀，船身效 率低，空泡性能差率低，空泡性能差 U U型和球型：伴流大，船身型和球型：伴流大，船身 效率高，空泡性能较好效率高，空泡性能较好（3 3）综合效率）综合效率 球型球型 U U型型1%1%VV型型4%4%46 3 3、双尾和

27、双尾鳍、双尾和双尾鳍 常规双桨船推进效率低，附体阻力大常规双桨船推进效率低，附体阻力大6.6 首尾形状影响首尾形状影响双尾船：双尾船：RfRf 增加、增加、RpvRpv 明显下降，明显下降，RwRw下降，下降，RtRt 增加不大增加不大，伴流大，推力减额小，船身效率提高伴流大，推力减额小，船身效率提高推进效率高推进效率高。47双尾鳍能进一步提高推进效率双尾鳍能进一步提高推进效率4 4、涡尾及不对称尾、涡尾及不对称尾使水流产生预旋使水流产生预旋(与螺旋桨旋向相反与螺旋桨旋向相反)6.6 首尾形状影响首尾形状影响48 5 5、隧道型船尾、隧道型船尾6.6 首尾形状影响首尾形状影响目的：在吃水受限时

28、，增大螺旋桨增加直径目的：在吃水受限时，增大螺旋桨增加直径提高推进提高推进效率效率开式：开式：顶线尾端在水线以上顶线尾端在水线以上阻力小阻力小 倒车性能不如闭式倒车性能不如闭式闭式：闭式：顶线尾端在水线以下顶线尾端在水线以下阻力大阻力大 倒车性能好倒车性能好注意：应使尾部隧道中螺旋桨供水顺畅注意：应使尾部隧道中螺旋桨供水顺畅 适当增加隧道长度，通常取开敞式较佳。适当增加隧道长度，通常取开敞式较佳。49 五、纵流船型五、纵流船型6.6 首尾形状影响首尾形状影响内河船，内河船，B/TB/T、L/TL/T大，大，L/BL/B小，小，常规船首常规船首兴波大、阻力大兴波大、阻力大特点：特点：纵剖线平顺，

29、首部在水线以上，与水面夹纵剖线平顺，首部在水线以上，与水面夹角较小，角较小，B/TB/T大，水流沿纵剖线向船底流动，压大，水流沿纵剖线向船底流动，压浪消波、降阻。浪消波、降阻。50作业与思考题作业与思考题：1 1、排水量长度系数对阻力的影响、排水量长度系数对阻力的影响2 2、CpCp（CbCb、CmCm）对阻力的影响）对阻力的影响3 3、横剖面面积曲线形状对阻力的影响、横剖面面积曲线形状对阻力的影响4 4、设计水线哪些因素对阻力有影响、设计水线哪些因素对阻力有影响5 5、首部和尾部采用、首部和尾部采用U U、V V型剖面对阻力性能有什么型剖面对阻力性能有什么影响影响6 6、球鼻首减阻机理。、球鼻首减阻机理。51